M5锆合金马氏体亚结构研究

【摘要】随着世界核电技术的发展,我国核电用锆合金逐步向国产化方向发展。M5锆合金作为堆芯燃料包壳管应用在核反应堆中,是各国重点研究的核燃料包壳材料之一。除了承受强烈的中子辐照、高温高压、机械应力以及复杂的腐蚀环境外,包壳管材料还要满足日益增加的核燃耗要求,这对锆合金尤其是Zr-Nb系合金的发展指明了方向。应用于核反应堆中的M5锆合金都是经过再结晶退火处理的,而包壳管在高温环境下快速冷却会发生马氏体转变,目前对于经p相淬火后的马氏体组织的力学性能及耐蚀性能的研究很少。本文主要研究不同状态下M5锆合金亚结构变化,通过对比不同热处理状态、不同热处理参数、不同热老化时间以及塑性变形前后的M5锆合金的显微组织和亚结构的变化,对热老化试样进行环向拉伸试验,分析与验证亚结构对力学性能的影响,研究淬火回火态M5锆合金包壳管在核反应堆中运用的可能性。退火态M5锆合金显微组织为等轴晶粒,淬火后发生马氏体转变,晶粒明显长大。淬火温度和淬火时间对孪晶的宽度影响较大,回火温度的升高和回火时间的延长均使孪晶发生碎化,回火温度的增高碎化严重。淬火回火态M5锆合金进行热老化后显微组织变化不大,随热老化时间的延长,孪晶马氏体发生细化和碎化的程度增加,马氏体内位错运动,位错组态发生变化。根据不同状态M5锆合金塑性变形后亚结构的变化可知：退火态M5锆合金室温拉伸后晶粒变形；高温拉伸后晶粒被拉长,第二相粒子数量减少。淬火回火态M5锆合金室温拉伸后孪晶马氏体被拉长,孪晶变细;高温拉伸后长条状孪晶发生断裂,马氏体内位错密度降低。热老化试样室温拉伸后长条状孪晶发生断裂,马氏体内位错发生运动形成位错胞；高温拉伸后马氏体内位错主要以位错线形式存在。淬火回火态M5锆合金热老化后试样的抗拉强度、屈服强度和静力韧度均随热老化时间的延长而逐渐下降,塑性略微下降,显微硬度变化不大。热老化后试样断口宏观呈灰色纤维状,断裂处有少量塑性变形,高温拉伸比室温拉伸塑性变形明显；高倍下观察,断口表面存在大量韧窝,室温拉伸断口随热老化时间延长二次裂纹数量增多,裂纹内存在准解理台阶；高温拉伸断口随热老化时间延长,韧窝被拉长,断口表面准解理平面增多。热老化后随热老化时间的延长,M5锆合金环向拉伸断口为含有韧窝形貌和准解理面的混合断口。
【作者】徐悠；
【导师】高巍；
【作者基本信息】西安工业大学，材料学，2014，硕士
【关键词】M5锆合金；显微组织；热处理；热老化；塑性变形；

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